基于花生壳生物废料的摩擦纳米发电机：能量收集与实时传感的双重突破

本研究针对生物废料资源化利用与智能传感系统需求，开发了以废弃花生壳和塑料薄膜为原料的单电极摩擦纳米发电机（PS-TENG）。该装置可实现~150 V开路电压（VOC ）和~20 μA短路电流（ISC ），并成功应用于人体运动监测及体育赛事违规实时检测系统，为低成本、可持续的智能传感提供了新范式。

　　

研究背景与意义
全球每年产生数百万吨农业生物废料，花生壳作为典型的低价值副产品常被直接丢弃。与此同时，物联网时代对分布式能源和实时传感的需求激增，传统电源和传感器存在成本高、不可降解等问题。摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）因其可将环境机械能转化为电能的特点备受关注，但现有研究多聚焦合成材料，生物废料的潜力尚未充分挖掘。印度科学理工学院的研究团队独辟蹊径，将废弃花生壳与塑料薄膜结合，开发出兼具能量收集与智能传感功能的PS-TENG，相关成果发表于《Sustainable Materials and Technologies》。

关键技术方法
研究采用单电极垂直接触分离模式构建PS-TENG：① 将花生壳研磨成粉并固定于碳胶带/铝箔基底；② 搭配废弃PET薄膜作为摩擦对材料；③ 通过蓝牙模块与微控制器构建实时体育监测系统，验证其在跳远踩线、足球出界、排球触网等场景的检测能力。

研究结果
1. PS-TENG组装
通过优化花生壳粉末与PET薄膜的接触面积（4.8 cm×4.8 cm）和分离距离，实现电荷转移效率最大化。XPS分析证实花生壳富含C=O和O-C=O官能团，这些极性基团增强了摩擦电效应。

2. 电学性能
在2 Hz机械激励下，PS-TENG输出V_OC
达~150 V，I_SC
~20 μA，功率密度为3.2 W/m²
。连续运行10,000次后性能衰减<8%，展现优异稳定性。

3. 柔性传感器应用
将PS-TENG集成至弹性基底后，可灵敏检测指关节弯曲（响应时间<50 ms）和步态特征，输出电压与运动幅度呈线性关系（R²

0.95）。

4. 体育监测系统
在标准运动场测试中，系统对跳远踏板违规的检测准确率达98%，足球出界和排球触网事件的无线报警延迟<1秒，验证了其在复杂环境下的可靠性。

结论与展望
Manas Tiwari和Deepak Bharti的研究首次实现花生壳从环境污染物到功能性材料的转变，其PS-TENG不仅解决了生物废料处置难题，更开创了自供电智能传感新路径。该技术有望扩展至环境监测、医疗康复等领域，其"废物即资源"的理念为可持续发展提供了普适性范式。未来通过优化材料配比和系统集成，或将推动绿色能源与物联网技术的深度融合。